JP2011089520A - Model-based coordinated air-fuel control for gas turbine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ガスタービン用の制御システムに関し、詳細には、燃料コントローラと燃焼空気コントローラの両方を有する制御システムに関する。 The present invention relates to a control system for a gas turbine, and more particularly to a control system having both a fuel controller and a combustion air controller.
ガスタービンは、一般に、発電機に結合されて該発電機を駆動する。クロスチャンネルコントローラを用いて、ガスタービンの燃焼室に供給される燃料及び空気の量を制御することは知られている。公知のクロスチャンネルコントローラは、燃料供給コントローラへの入力であるタービン速度誤差信号を操作する。このようなクロスチャンネルコントローラは、速度誤差信号を処理し、結果として処理された速度誤差信号がタービン排気温度誤差信号に加えられる。タービン排気温度誤差信号と処理された速度誤差信号との和は、伝達関数を用いて空気供給コントローラにより処理され、燃焼室に供給される空気を制御する制御信号を生成する。例えば、米国特許第5,487,265号(1996年1月30日)及び第5,636,507号(1997年6月10日)を参照されたい。 A gas turbine is typically coupled to and drives a generator. It is known to control the amount of fuel and air supplied to the combustion chamber of a gas turbine using a cross-channel controller. Known cross-channel controllers operate a turbine speed error signal that is an input to the fuel supply controller. Such a cross-channel controller processes the speed error signal and the resulting speed error signal is added to the turbine exhaust temperature error signal. The sum of the turbine exhaust temperature error signal and the processed speed error signal is processed by the air supply controller using a transfer function to generate a control signal that controls the air supplied to the combustion chamber. See, for example, US Pat. Nos. 5,487,265 (January 30, 1996) and 5,636,507 (June 10, 1997).
1つの態様によれば、本発明は、ガスタービン用の制御システムを提供する。制御システムは、燃料制御アクチュエータ及び燃焼空気制御アクチュエータを含む。速度センサは、ガスタービンの回転速度を検知する。温度センサは、ガスタービンの排気温度を検知する。協調空気燃料コントローラは、燃料制御アクチュエータ及び燃焼空気制御アクチュエータの動作を制御する。協調空気燃料コントローラは、速度センサからの第1の入力信号と、温度センサからの第2の入力信号とを受け取る。回転速度誤差計算機は、速度センサからの第1の入力信号及び速度基準部に基づいて回転速度誤差を求める。排気温度誤差計算機は、温度センサからの第2の入力信号及び温度基準部に基づいて排気温度誤差を求める。燃料コントローラは、燃料制御出力信号を燃料制御アクチュエータに提供して該燃料制御アクチュエータの動作を制御する。燃料コントローラは、回転速度誤差に基づいて燃料制御出力信号を求める。燃焼空気コントローラは、燃料制御出力信号を燃料制御アクチュエータに提供して該燃料制御アクチュエータの動作を制御する。クロスチャンネルコントローラは、燃料コントローラ及び燃焼空気コントローラと通信状態にある。クロスチャンネルコントローラは、燃焼空気コントローラに燃焼空気制御修正信号を提供する。クロスチャンネルコントローラは、空気対燃料モデルを用いて燃料制御出力信号から燃焼空気制御修正信号を求める。燃焼空気コントローラが、排気温度誤差に基づいて事前燃焼空気制御信号を求め、更に、事前燃焼空気制御信号及び燃焼空気制御修正信号の両方に基づいて燃焼空気制御出力信号を求める。 According to one aspect, the present invention provides a control system for a gas turbine. The control system includes a fuel control actuator and a combustion air control actuator. The speed sensor detects the rotational speed of the gas turbine. The temperature sensor detects the exhaust temperature of the gas turbine. The coordinated air fuel controller controls the operation of the fuel control actuator and the combustion air control actuator. The coordinated air fuel controller receives a first input signal from the speed sensor and a second input signal from the temperature sensor. The rotational speed error calculator obtains a rotational speed error based on the first input signal from the speed sensor and the speed reference unit. The exhaust temperature error calculator obtains an exhaust temperature error based on the second input signal from the temperature sensor and the temperature reference unit. The fuel controller provides a fuel control output signal to the fuel control actuator to control operation of the fuel control actuator. The fuel controller obtains a fuel control output signal based on the rotation speed error. The combustion air controller provides a fuel control output signal to the fuel control actuator to control the operation of the fuel control actuator. The cross channel controller is in communication with the fuel controller and the combustion air controller. The cross channel controller provides a combustion air control correction signal to the combustion air controller. The cross channel controller determines a combustion air control correction signal from the fuel control output signal using an air-to-fuel model. A combustion air controller determines a pre-combustion air control signal based on the exhaust temperature error, and further determines a combustion air control output signal based on both the pre-combustion air control signal and the combustion air control correction signal.
別の態様によれば、本発明は、ガスタービンにおいて空気供給及び燃料供給を制御する方法を提供する。ガスタービンの回転速度を求める。回転速度誤差は、ガスタービンの回転速度を速度基準と比較することによって生成される。回転速度誤差に対応する燃料制御出力信号が生成される。燃料制御出力信号は、燃料制御アクチュエータに提供される。燃料制御アクチュエータが、燃料制御出力信号に基づいて燃料流量を調整する。空気対燃料モデルを含むクロスチャンネルコントローラが提供される。クロスチャンネルコントローラは、燃料制御出力信号から空気対燃料モデルを用いて燃焼空気制御修正信号を生成する。ガスタービンの排気ガスの排気温度を求める。排気温度誤差は、排気温度を温度基準と比較することによって生成される。排気温度誤差に対応する事前燃焼空気制御信号を生成する。事前燃焼空気制御信号及び燃焼空気制御修正信号を組み合わせて、燃焼空気制御出力信号を生成する。燃焼空気制御出力信号は、燃焼空気制御アクチュエータに提供される。燃焼空気制御アクチュエータが、燃焼空気制御出力信号に基づいて燃焼空気の量を調整する。 According to another aspect, the present invention provides a method for controlling air supply and fuel supply in a gas turbine. Obtain the rotational speed of the gas turbine. The rotational speed error is generated by comparing the rotational speed of the gas turbine with a speed reference. A fuel control output signal corresponding to the rotational speed error is generated. The fuel control output signal is provided to the fuel control actuator. A fuel control actuator adjusts the fuel flow rate based on the fuel control output signal. A cross-channel controller is provided that includes an air-to-fuel model. The cross channel controller generates a combustion air control correction signal from the fuel control output signal using an air-to-fuel model. Obtain the exhaust temperature of the exhaust gas from the gas turbine. The exhaust temperature error is generated by comparing the exhaust temperature with a temperature reference. A pre-combustion air control signal corresponding to the exhaust temperature error is generated. The pre-combustion air control signal and the combustion air control correction signal are combined to generate a combustion air control output signal. The combustion air control output signal is provided to a combustion air control actuator. A combustion air control actuator adjusts the amount of combustion air based on the combustion air control output signal.
本発明の上記及び他の態様は、添付図面を参照しながら以下の説明を読むと、本発明に関連する当業者には明らかになるであろう。 These and other aspects of the present invention will become apparent to those skilled in the art to which the present invention relates upon reading the following description with reference to the accompanying drawings.
ここで、例示的な実施形態が示された添付図面を参照しながら、本発明の特徴及び態様をより完全に以下で説明する。図面全体を通じて同じ又は同様の要素を示すために可能な限り同じ参照符号が使用される。しかしながら、本発明は、多くの異なる形態で具現化することができ、本明細書で記載される実施形態に限定されるものとみなすべきではない。これらの実施形態は、本開示が徹底的かつ完全なものとなりまた当業者に対して本発明の技術的範囲を十分に伝えることになるようにするために提示するものである。 The features and aspects of the present invention will now be described more fully hereinafter with reference to the accompanying drawings, in which exemplary embodiments are shown. Wherever possible, the same reference numbers will be used throughout the drawings to refer to the same or like elements. However, the present invention can be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art.
種々の信号について以下で検討する。信号は、アナログ信号、デジタル信号、又はレジスタなどの記憶領域に格納されたデータ値とすることができる点を理解されたい。種々の回路及び回路の一部を以下で検討する。回路及び回路の一部は、ディスクリート電気部品、集積回路、及び/又はプロセッサによるプログラム命令の実行によって実施することができる点を理解されたい。 Various signals are discussed below. It should be understood that the signal can be an analog signal, a digital signal, or a data value stored in a storage area such as a register. Various circuits and portions of the circuits are discussed below. It should be understood that circuits and portions of circuits may be implemented by execution of program instructions by discrete electrical components, integrated circuits, and / or processors.
公知のガスタービン協調空気燃料コントローラに関する課題は、空気供給及び燃料供給コントローラに対する入力の協調が、必ずしもこれらの出力である空気及び燃料要求をそれぞれ協調させるものではないことである。この理由の1つは、タービン速度誤差とタービン排気温度誤差との間の関係が直感的なものではなく、クロスチャンネルコントローラの設計及び調整が困難になるためである。別の理由は、燃料供給コントローラ内の制約により、タービン速度誤差が近々の燃料供給変化の表示として不十分なものにする場合があるためである。 A problem with known gas turbine coordinated air fuel controllers is that the coordination of inputs to the air supply and fuel supply controller does not necessarily coordinate their output air and fuel requirements, respectively. One reason for this is that the relationship between turbine speed error and turbine exhaust temperature error is not intuitive, making cross-channel controller design and adjustment difficult. Another reason is that constraints in the fuel supply controller may cause the turbine speed error to be inadequate as an indication of an upcoming fuel supply change.
公知のクロスチャンネルコントローラは、速度誤差と排気温度誤差とをリンクさせる、「制御誤差空間」で動作する。しかしながら、速度誤差と排気温度誤差との間の正確な関係を求めることは困難である。より好ましい手法は、それぞれの制御伝達関数が制御チャンネルにおいて誤差信号で動作した後に配置される「要求空間」においてクロスチャンネルコントローラを動作させることである。要求空間におけるクロスチャンネルコントローラは、空気対燃料モデルのような空気と燃料との間の直接的な関係を利用して、空気及び燃料供給源を協調させることができる。空気と燃料との間の正確な関係は、速度誤差と排気温度誤差との間の正確な関係よりもより容易に求めることができる。従って、要求空間に配置されたクロスチャンネルコントローラを有する協調空気燃料コントローラは、公知のクロスチャンネルコントローラよりもより容易に設計及び調整することができる。また、要求空間内にクロスチャンネルコントローラを有することで、燃料供給コントローラ内の制約を反映できるようになる。 Known cross-channel controllers operate in a “control error space” that links speed and exhaust temperature errors. However, it is difficult to obtain an accurate relationship between the speed error and the exhaust temperature error. A more preferred approach is to operate the cross-channel controller in a “request space” that is placed after each control transfer function operates with an error signal in the control channel. The cross-channel controller in the demand space can coordinate the air and fuel supply using a direct relationship between air and fuel, such as an air-to-fuel model. The exact relationship between air and fuel can be determined more easily than the exact relationship between speed error and exhaust temperature error. Thus, a coordinated air fuel controller having a cross-channel controller located in the required space can be designed and adjusted more easily than known cross-channel controllers. Further, by having the cross channel controller in the request space, it becomes possible to reflect the constraints in the fuel supply controller.
図1は、ガスタービン11及びガスタービン用の協調空気燃料コントローラ13の概略図であり、協調空気燃料コントローラ13は、該コントローラ13の要求空間内で動作するクロスチャンネルコントローラ15を含む。ガスタービン11は、該ガスタービンの回転速度(すなわち、実回転速度又は代表的速度)を検知する関連の速度センサ17を有する。速度センサ17は、コントローラ13への入力としてタービン速度フィードバック信号21を提供する。ガスタービン11はまた、ガスタービンの排気ガスの温度を検知する温度センサ23を有する。温度センサ23は、コントローラへの入力として排気温度フィードバック信号25を提供する。
FIG. 1 is a schematic diagram of a gas turbine 11 and a coordinated
ガスタービン11は発電機27を駆動する。1つ又はそれ以上のセンサ29は、発電機にかかる電気負荷に関連付けられたコントローラ13に入力信号を提供することができる。センサ29は、例えば、電気レベルなどの負荷信号31を提供することができる。
The gas turbine 11 drives a
次に、協調空気燃料コントローラ13を詳細に検討する。協調空気燃料コントローラ13は、クロスチャンネルコントローラ15、燃料コントローラ33、及び燃焼空気コントローラ35などのサブコントローラを含むことができる。コントローラ13は、電気コントローラとすることができ、1つ又はそれ以上のプロセッサを含むことができる。例えば、コントローラ13は、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、デジタルシグナルプロセッサ(DSP)、特定用途向け集積回路(ASIC)、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ(FPGA)、ディスクリート論理回路、又は同様のものの1つ又はそれ以上を含むことができる。コントローラ13は更にメモリを含むことができ、本明細書においてコントローラに帰属するとみなされる機能を提供させるプログラム命令を格納することができる。メモリは、読出し専用メモリ(ROM)、ランダムアクセスメモリ(RAM)、電気的消去プログラム可能ROM(EEPROM)、フラッシュメモリ、又は同様のものを含むことができる。1つ又はそれ以上の揮発性、不揮発性、磁気、光学、又は電気媒体を含むことができる。コントローラ13は更に、コントローラへの種々のアナログ入力を処理するための1つ又はそれ以上のアナログデジタル(A/D)コンバータを含むことができる。
Next, the cooperative
コントローラ13は、回転速度誤差計算機37及び速度基準部39を有する。回転速度誤差計算機37は、速度センサ17及び速度基準部39からの信号に基づいて回転速度誤差を求める。例えば、回転速度誤差計算機37は、タービン速度フィードバック信号21と速度基準部39とを比較し、回転速度誤差信号41を出力する。1つの実施形態において、回転速度誤差計算機37は、タービン速度フィードバック信号21と速度基準部39との間の差を計算する。速度基準部39は、変化した動作条件に応答して経時的に変化することができる。
The
任意選択的に、負荷レギュレーションを改善するために、タービン速度フィードバック信号21に加えて負荷信号31が回転速度誤差計算機37に提供される。コントローラ13は、センサと回転速度誤差計算機37との間の負荷信号31に沿ったドループフィルタ43を含むことができる。ドループフィルタ43は、回転速度誤差計算機37が使用できるように負荷信号31を速度信号に変換する。ドループフィルタ43による変換は、発電機27が接続される電力網の系統周波数に基づいている。
Optionally, a load signal 31 in addition to the turbine
回転速度誤差信号41は、燃料コントローラ33に提供される。任意選択の不感帯フィルタ45を回転速度誤差計算機37と燃料コントローラ33との間に配置して、小さな速度誤差に基づいた燃料制御アクチュエータ47の望ましくない動作を阻止することができる。燃料コントローラ33は、燃料制御出力信号49を燃料制御アクチュエータ47に提供し、燃料制御アクチュエータの動作を制御する。燃料制御アクチュエータ47は、燃料制御出力信号49に応答して、ガスタービンの燃焼室に提供される燃料の量を制御する。燃料制御アクチュエータ47は、例えば、燃料コントローラ33からの燃料ストローク基準(FSR)信号に基づいて、1つ又はそれ以上の燃料バルブの燃料ストローク73を制御することができる。燃料コントローラ33は、燃料制御アクチュエータ47の動作を制御することによって燃焼区域に提供される燃料の量を制御する。
The rotational
燃料コントローラ33は、回転速度誤差信号41を受け取り、誤差信号を処理して燃料制御出力信号49を生成する。1つの実施形態において、燃料コントローラ33は、伝達関数K1(s)51を用いて回転速度誤差信号41を処理する。例えば、燃料コントローラ33は、比例積分(PI)制御方式を実施し、回転速度誤差信号41から燃料制御出力信号49を生成することができる。PI制御方式では、伝達関数K1(s)51は、比例利得を有する比例項と、積分利得を有する積分項とを含むことになる。或いは、燃料コントローラ33は、比例積分微分(PID)制御方式を実施し、或いは他の制御方式を実施することができる。
The
コントローラ13は、排気温度誤差計算機53及び温度基準部55を有する。排気温度誤差計算機53は、温度センサ23及び温度基準部55からの信号に基づいて排気温度誤差を求める。例えば、排気温度誤差計算機53は、排気温度フィードバック信号25及び温度基準部55を比較して、排気温度誤差信号57を出力する。1つの実施形態において、排気温度誤差計算機53は、排気温度フィードバック信号25と温度基準部55との差を計算する。温度基準部55は、ガスタービンの燃焼区域に供給される燃料の量の変化など、変化した動作条件に応答して経時的に変化する。
The
排気温度誤差信号57は、燃焼空気コントローラ35に提供される。燃焼空気コントローラ35は、燃焼空気制御出力信号59を燃焼空気制御アクチュエータ61に提供し、燃焼空気制御アクチュエータの動作を制御する。燃焼空気制御アクチュエータ61は、燃焼空気制御出力信号59に応答して、ガスタービンの燃焼室に提供される空気の量を制御する。燃焼空気制御アクチュエータ61は、例えば、ガスタービンの入口ガイドベーンの位置(例えば、角度)を制御することができる。燃焼空気コントローラ35は、燃焼空気制御アクチュエータ61の動作を制御することによって燃焼区域に提供される空気量を制御する。
The exhaust
燃焼器コントローラ35は、排気温度誤差信号57を受け取り、誤差信号を処理して、事前燃焼空気制御信号63を生成する。1つの実施形態において、燃焼空気コントローラ35は、伝達関数K2(s)65を用いて排気温度誤差信号57を処理する。例えば、燃焼空気コントローラ35は、PI制御方式を実施し、排気温度誤差信号57から事前燃焼空気制御信号63を生成することができる。或いは、燃焼空気コントローラ35は、PID制御方式を実施し、或いは他の制御方式を実施することができる。
The
協調空気燃料コントローラ13の要求空間部分にて動作するクロスチャンネルコントローラ15は、燃料コントローラ33及び燃焼空気コントローラ35の両方と通信する。クロスチャンネルコントローラ15は、燃料コントローラ33から燃料制御出力信号49を受け取り、燃料制御出力信号に基づいて燃焼空気制御修正信号67を計算する。クロスチャンネルコントローラ15は、燃焼空気制御修正信号67を燃焼空気コントローラ35に提供する。
The
燃焼空気コントローラ35は、クロスチャンネルコントローラ15から燃焼空気制御修正信号67を受け取る。燃焼空気コントローラ35は、事前燃焼空気制御信号63及び燃焼空気制御修正信号67の両方に基づき燃焼空気制御出力信号59を求める。例えば、燃焼空気コントローラ35は、事前燃焼空気制御信号63及び燃焼空気制御修正信号67を組み合わせて燃焼空気制御出力信号59を求める加算回路69を含むことができる。事前燃焼空気制御信号63及び燃焼空気制御修正信号67は、加算回路69により共に加えることができ、加算器の出力は、燃焼空気制御出力信号59である。単純合計の他に別の方法を用いて、事前燃焼空気制御信号63及び燃焼空気制御修正信号67を組み合わせることができる。例えば、この組み合わせは、状況に応じて1つの入力を他の入力よりも大きく重み付けするアルゴリズムによって実施することができる。
The
燃焼空気制御修正信号67は、燃料コントローラ33及び燃焼空気コントローラ35の動作を協調させる機能を果たす。このような協調は、ガスタービンの種々の不利な状況を生じさせる可能性を低減することができる。例えば、このような協調は、希薄ブローアウト、排気過熱温度、及び圧縮機サージの可能性を低減することができる。
The combustion air
ここで、クロスチャンネルコントローラ15を詳細に説明する。クロスチャンネルコントローラ15は、空気対燃料モデルを含む。クロスチャンネルコントローラ15は、空気対燃料モデルを使用して、燃料制御出力信号49からの燃焼空気制御修正信号67を計算する。例えば、図2に示すように、空気対燃料モデル71は、入口ガイドベーン位置(IGV)を燃料ストローク基準(FSR)関連付けることができる。或いは、空気対燃料モデルは、空気流を燃料流に直接関連付けることができる。所与の燃料制御出力信号49では、クロスチャンネルコントローラ15は、空気対燃料モデルを用いて対応する燃焼空気制御修正信号67を求めて出力する。空気対燃料モデルは、数式を用いたアルゴリズムにより、ルックアップテーブルにより、或いは他の公知のモデル技法により実施することができる点を理解されたい。
Here, the
図2に示すように、空気対燃料モデル71は、FSR及びIGV間の定常状態の相関性を規定することができる。従って、空気対燃料モデル71は、定常状態モデルである。クロスチャンネルコントローラ15は、燃焼空気制御修正信号67を出力し、図示の定常状態経路72にほぼ沿ったガスタービン11の動作を維持することになる。図2に湾曲した矢印で概略的に示されている、定常状態経路からの逸脱(例えば、所与のFSRに対してIGV値が大きすぎる、又は小さすぎる)は、その結果として、希薄ブローアウト、排気過熱温度、及び圧縮機サージなど、悪条件の発生をもたらす可能性がある。
As shown in FIG. 2, the air-to-
図2では、定常状態経路72が区分的に線形である。定常状態経路72は、低領域のFSRにわたってIGVが一定である水平部分を有する。水平部分の後、定常状態経路72は、FSRの増大に伴って一定の正の勾配を有する。定常状態経路は、湾曲部分、又は直線及び湾曲部分の組み合わせを有することができる点を理解されたい。
In FIG. 2, the
図2に示す空気対燃料モデル71は定常モデルである。クロスチャンネルコントローラ15は、燃焼空気制御修正信号67を求める際に、過渡モデル又は定常状態と過渡モデルの組み合わせなど、他のモデルを使用してもよいことを理解されたい。
The air-to-
図1の実施形態において、制御誤差空間の動作ではクロスチャンネルコントローラは図示されていない。しかしながら、必要に応じて、制御誤差空間に追加のクロスチャンネルコントローラを設けてもよい。 In the embodiment of FIG. 1, the cross-channel controller is not shown in operation in the control error space. However, if necessary, an additional cross-channel controller may be provided in the control error space.
図1の実施形態は、別個の燃料及び空気制御ループ及びクロスチャンネルコントローラ15を含む。更なる実施形態では、別個の燃料及び空気制御ループ及びクロスチャンネルコントローラは、本明細書で説明される機能をもたらす制御アルゴリズムを実施する多入力多出力コントローラと置き換えられる。
The embodiment of FIG. 1 includes a separate fuel and air control loop and
本開示は例証に過ぎず、本開示に含まれる教示の公正な範囲から逸脱することなく詳細事項を付加、修正、又は排除することにより、種々の変更を行うことができる点は理解されたい。従って、本発明は、以下の請求項が必然的に限定される範囲を除いて、本開示の特定の詳細事項に限定されるものではない。 It is to be understood that the present disclosure is illustrative only and various changes can be made by adding, modifying, or excluding details without departing from the fair scope of the teachings contained in the present disclosure. Accordingly, the invention is not limited to the specific details of the disclosure except to the extent that the following claims are necessarily limited.
11 ガスタービン
13 ガスタービン用協調空気燃料コントローラ
15 クロスチャンネルコントローラ
17 速度センサ
23 温度センサ
27 発電機
29 センサ
37 回転速度誤差計算機
39 速度基準部
43 ドループフィルタ
45 不感帯フィルタ
47 燃料制御アクチュエータ
53 排気温度誤差計算機
55 温度基準部
57 排気温度誤差信号
59 燃焼空気制御出力信号
61 燃焼空気制御アクチュエータ
11
Claims (12)
燃料制御アクチュエータ(47)と、
燃焼空気制御アクチュエータ(61)と、
ガスタービン(11)の回転速度を検知する速度センサ(17)と、
ガスタービン(11)の排気温度を検知する温度センサ(23)と、
前記燃料制御アクチュエータ(47)及び前記燃焼空気制御アクチュエータ(61)の動作を制御する協調空気燃料コントローラ(13)と、
を備え、
前記協調空気燃料コントローラ(13)が、前記速度センサ(17)からの第1の入力信号と、前記温度センサ(23)からの第2の入力信号とを受け取り、
前記協調空気燃料コントローラ(13)が更に、
前記速度センサ(17)からの第1の入力信号及び速度基準部(39)に基づいて回転速度誤差を求める回転速度誤差計算機(37)と、
前記温度センサ(23)からの第2の入力信号及び温度基準部(55)に基づいて排気温度誤差を求める排気温度誤差計算機(53)と、
燃料制御出力信号(49)を前記燃料制御アクチュエータ(47)に提供して該燃料制御アクチュエータ(47)の動作を制御し、前記回転速度誤差に基づいて前記燃料制御出力信号(49)を求める燃料コントローラ(33)と、
燃焼空気制御出力信号(59)を前記燃焼空気制御アクチュエータ(61)に提供して該燃焼空気制御アクチュエータ(61)の動作を制御する燃焼空気コントローラ(35)と、
前記燃料コントローラ(33)及び前記燃焼空気コントローラ(35)と通信するクロスチャンネルコントローラ(15)と、
を含み、
前記クロスチャンネルコントローラ(15)が、前記燃焼空気コントローラ(35)に燃焼空気制御修正信号(67)を提供し、
前記クロスチャンネルコントローラ(15)が、空気対燃料モデル(71)を用いて前記燃料制御出力信号(49)から燃焼空気制御修正信号(67)を求め、
前記燃焼空気コントローラ(35)が、前記排気温度誤差に基づいて事前燃焼空気制御信号(63)を求め、更に、前記事前燃焼空気制御信号(63)及び前記燃焼空気制御修正信号(67)の両方に基づいて前記燃焼空気制御出力信号(59)を求める、
制御システム。 A control system for a gas turbine (11),
A fuel control actuator (47);
A combustion air control actuator (61);
A speed sensor (17) for detecting the rotational speed of the gas turbine (11);
A temperature sensor (23) for detecting the exhaust temperature of the gas turbine (11);
A coordinated air fuel controller (13) for controlling the operation of the fuel control actuator (47) and the combustion air control actuator (61);
With
The coordinated air fuel controller (13) receives a first input signal from the speed sensor (17) and a second input signal from the temperature sensor (23);
The coordinated air fuel controller (13) further includes:
A rotational speed error calculator (37) for determining a rotational speed error based on the first input signal from the speed sensor (17) and the speed reference unit (39);
An exhaust temperature error calculator (53) for obtaining an exhaust temperature error based on the second input signal from the temperature sensor (23) and the temperature reference section (55);
A fuel control output signal (49) is provided to the fuel control actuator (47) to control the operation of the fuel control actuator (47), and the fuel control output signal (49) is obtained based on the rotational speed error. A controller (33);
A combustion air controller (35) for providing a combustion air control output signal (59) to the combustion air control actuator (61) to control the operation of the combustion air control actuator (61);
A cross-channel controller (15) in communication with the fuel controller (33) and the combustion air controller (35);
Including
The cross-channel controller (15) provides a combustion air control correction signal (67) to the combustion air controller (35);
The cross channel controller (15) determines a combustion air control correction signal (67) from the fuel control output signal (49) using an air-to-fuel model (71);
The combustion air controller (35) obtains a pre-combustion air control signal (63) based on the exhaust temperature error, and further calculates the pre-combustion air control signal (63) and the combustion air control correction signal (67). Determining the combustion air control output signal (59) based on both;
Control system.
請求項1に記載の制御システム。 The air-to-fuel model (71) is a steady state model;
The control system according to claim 1.
請求項1に記載の制御システム。 The fuel controller (33) processes the rotational speed error using a fuel control transfer function including a proportional gain and an integral gain to obtain a fuel control output signal (49), which is obtained as the fuel control actuator (47). And the cross-channel controller (15), wherein the combustion air controller (35) processes the exhaust temperature error using a combustion air control transfer function to determine a pre-combustion air control signal (63).
The control system according to claim 1.
請求項3に記載の制御システム。 The cross-channel controller (15) operates in a demand space portion of the cooperative air fuel controller (13);
The control system according to claim 3.
請求項1に記載の制御システム。 The combustion air control actuator (61) controls a portion of the inlet guide vane;
The control system according to claim 1.
請求項5に記載の制御システム。 The fuel control actuator (47) controls a fuel stroke (73) and the air-to-fuel model (71) provides a steady state relationship between the fuel stroke (73) reference and the position of the inlet guide vane. To
The control system according to claim 5.
前記ガスタービン(11)の回転速度を求める段階と、
前記ガスタービン(11)の回転速度を速度基準と比較することによって回転速度誤差を生成する段階と、
前記回転速度誤差に対応する燃料制御出力信号(49)を生成する段階と、
前記燃料制御出力信号(49)を燃料制御アクチュエータ(47)に提供する段階と、
前記燃料制御アクチュエータ(47)が、前記燃料制御出力信号(49)に基づいて燃料流量を調整する段階と、
空気対燃料モデル(71)を含むクロスチャンネルコントローラ(15)を提供する段階と、
前記クロスチャンネルコントローラ(15)が、前記空気対燃料モデル(71)を用いて前記燃料制御出力信号(49)から燃焼空気制御修正信号(67)を生成する段階と、
前記ガスタービン(11)の排気ガスの排気温度を求める段階と、
前記排気温度を温度基準(55)と比較することによって排気温度誤差を生成する段階と、
前記排気温度誤差に対応する事前燃焼空気制御信号(63)を生成する段階と、
前記事前燃焼空気制御信号(63)及び前記燃焼空気制御修正信号(67)を組み合わせて、燃焼空気制御出力信号(59)を生成する段階と、
前記燃焼空気制御出力信号(59)を燃焼空気制御アクチュエータ(61)に提供する段階と、
前記燃焼空気制御アクチュエータ(61)が、前記燃焼空気制御出力信号(59)に基づいて燃焼空気の量を調整する段階と、
を含む方法。 A method for controlling air supply and fuel supply in a gas turbine (11), comprising:
Determining the rotational speed of the gas turbine (11);
Generating a rotational speed error by comparing the rotational speed of the gas turbine (11) with a speed reference;
Generating a fuel control output signal (49) corresponding to the rotational speed error;
Providing the fuel control output signal (49) to a fuel control actuator (47);
The fuel control actuator (47) adjusting a fuel flow rate based on the fuel control output signal (49);
Providing a cross-channel controller (15) including an air-to-fuel model (71);
The cross-channel controller (15) generating a combustion air control correction signal (67) from the fuel control output signal (49) using the air-to-fuel model (71);
Obtaining an exhaust temperature of the exhaust gas of the gas turbine (11);
Generating an exhaust temperature error by comparing the exhaust temperature with a temperature reference (55);
Generating a pre-combustion air control signal (63) corresponding to the exhaust temperature error;
Combining the pre-combustion air control signal (63) and the combustion air control correction signal (67) to generate a combustion air control output signal (59);
Providing the combustion air control output signal (59) to a combustion air control actuator (61);
The combustion air control actuator (61) adjusts the amount of combustion air based on the combustion air control output signal (59);
Including methods.
請求項7に記載の方法。 The air-to-fuel model (71) is a steady state model;
The method of claim 7.
請求項7に記載の方法。 Generating the fuel control output signal (49) includes processing the rotational speed error using a fuel control transfer function including a proportional gain and an integral gain to generate a pre-combustion air control signal (63). The step includes processing the exhaust temperature error using a fuel control transfer function;
The method of claim 7.
請求項9に記載の方法。 The method further includes providing a coordinated air fuel controller (13) that includes both a fuel controller (33) and a combustion air controller (35), wherein the cross-channel controller (15) is a requirement of the coordinated air fuel controller (13). Works in space,
The method of claim 9.
請求項7に記載の方法。 Adjusting the amount of combustion air by the combustion air control actuator (61) includes adjusting the position of the inlet guide vane.
The method of claim 7.
請求項11に記載の方法。 The step of adjusting the fuel flow rate by the fuel control actuator (47) includes the step of adjusting the fuel stroke (73), and the air-to-fuel model (71) further includes a fuel stroke (73) reference and the inlet guide vane. Providing a steady state relationship between the position of
The method of claim 11.
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